Hà Duy Hng
Hà Duy HngHà Duy Hng
Hà Duy Hng
TOáN Tử TíCH PHÂN CựC ĐạI
TOáN Tử TíCH PHÂN CựC ĐạITOáN Tử TíCH PHÂN CựC ĐạI
TOáN Tử TíCH PHÂN CựC ĐạI TR
TRTR
TRÊN
ÊN ÊN
Hà
Hà Hà
Hà Nội
NộiNội
Nội

-

-

20
2020
201
11
12
22
2

Viện khoa học
Viện khoa học Viện khoa học
Viện khoa học và công nghệ việt nam
và công nghệ việt namvà công nghệ việt nam
và công nghệ việt nam viện toán học
viện toán họcviện toán học
viện toán học
Hà Duy Hng
Hà Duy HngHà Duy Hng
Hà Duy Hng


: 6: 6
: 62
2 2
2 46
4646
46

01
0101
01

05
0505
05
Luận án tiến sĩ toán học


Hà Nội
Hà NộiHà Nội
Hà Nội

-

-

20
2020
201
11
12
22
2
Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các kết quả viết
chung với tác giả khác đã được sự nhất trí của đồng tác giả khi đưa vào
luận án. Các kết quả của luận án là mới và chưa từng được ai công bố
trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả
Hà Duy Hưng
1

yếu cho toán tử cực đại Hardy-Littlewood M; chúng tôi áp dụng kết quả
đó cho lớp hàm L log
+
L với trọng của Zygmund. Cũng trong chương 2,
chúng tôi giới thiệu một lớp toán tử tích phân cực đại mới và chứng minh
được một ước lượng loại yếu cho nó.
Trong chương 3, chúng tôi giải quyết một bài toán trọng Muckenhoupt
trên trường địa phương: tìm điều kiện cần và đủ của hàm trọng v để tồn
tại một hàm trọng u hữu hạn hầu khắp nơi sao cho toán tử M là bị chặn
từ L

(u) vào L

(v).
3
ABSTRACT
In this thesis, we investigate the weak and strong types of weighted
norm inequalities for the Hardy-Littlewood maximal operator M, in which
Mf(x) = sup
γ∈Z
1
q
dγ

x+B
γ
|f(y)|dy, here f ∈ L
1
loc
. Our main results are given

thụ cho tác giả những kinh nghiệm trong học tập, nghiên cứu khoa học.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và kính trọng sâu sắc đối với
Thầy.
Trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án, tác giả luôn nhân
được sự giúp đỡ, góp ý của GS.TSKH Hà Huy Khoái, GS.TSKH Nguyễn
Mạnh Hùng, PGS.TSKH Nguyễn Minh Trí, PGS.TS Hà Tiến Ngoạn, TS.
Nguyễn Văn Ngọc, TS. Cung Thế Anh. Tác giả xin chân thành cảm ơn sự
quan tâm giúp đỡ của các Thầy.
Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo cùng các anh chị em
nghiên cứu sinh, cao học trong xemina "Toán tử giả vi phân, sóng nhỏ trên
các trường thực, p−adic", xemina của Phòng Phương trình vi phân đã tạo
một môi trường học tập và nghiên cứu thuận lợi giúp tác giả hoàn thành
luận án này. Tại đây tác giả đã nhận được nhiều chỉ dẫn, góp ý cũng như
môi trường nghiên cứu sôi nổi và thân thiện, điều không thể thiếu trong
4
5
quá trình nghiên cứu, hoàn thành luận án của tác giả.
Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Toán học, Trung
tâm Đào tạo sau đại học cùng toàn thể cán bộ, công nhân viên Viện Toán
học đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả trong quá trình thực hiện
luận án.
Tác giả xin trân trọng cảm ơn Trường THPT Chuyên Đại học Sư phạm
đã tạo điều kiện giúp đỡ, động viên tác giả trong suốt thời gian làm nghiên
cứu sinh và thực hiện Luận án.
Tác giả xin chân thành cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp, đặc biệt là cha
mẹ, vợ và con trai cùng những người thân trong gia đình, đã giúp đỡ động
viên tác giả trong suốt thời gian thực hiện Luận án.
Hà Nội, tháng 12 năm 2011
Tác giả
Hà Duy Hưng

γ
: hình cầu đóng tâm x, tâm 0 bán kính q
γ
,
x + S
γ
, S
γ
: mặt cầu tâm x, tâm 0 bán kính q
γ
,
N
K/k
(α), Tr
K/k
(α) : định thức, vết của phần tử α ∈ K,
M : toán tử Hardy-Littlewood,
7
A

: Lớp các hàm trọng Muckenhoupt,
CS
p
: tập tất cả các dãy Cauchy trong Q ứng với metric p−adic d
p
,
Null
p
: tập tất cả các dãy trong Q có giới hạn bằng 0,
dx : Độ đo Haar,

|x
k
|
r

1/r
< ∞.
Mục lục
Lời cam đoan 1
Tóm tắt 2
Lời cảm ơn 4
Bảng ký hiệu 6
Lời nói đầu 10
1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM VÀ KẾT QUẢ CHUẨN BỊ 22
1.1 Trường địa phương . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.2 Độ đo và tích phân trên trường địa phương . . . . . . . . . 33
1.3 Biến đổi Fourier và tích chập . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
1.4 Định lý nội suy Marcinkiewicz . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2 TOÁN TỬ CỰC ĐẠI HARDY - LITTLEWOOD VÀ CÁC
BẤT ĐẲNG THỨC TRỌNG CHUẨN TRÊN TRƯỜNG
ĐỊA PHƯƠNG 46
8
9
2.1 Các bổ đề phủ loại Calderón-Zygmund . . . . . . . . . . . 48
2.2 Toán tử cực đại Hardy-Littlewood và lớp hàm trọng Muck-
enhoupt A

trên trường địa phương . . . . . . . . . . . . . 56
2.3 Bất đẳng thức trọng chuẩn Fefferman-Stein cho toán tử cực
đại giá trị vectơ trên trường địa phương . . . . . . . . . . 66

gian ba chiều Euclid R
3
thường được nói như là không gian của các hiện
tượng vật lý. Theo thông lệ đó, R
3
thường được nhận thức như là không
gian vật lý thực. Tuy nhiên, R
3
cũng chỉ đơn giản là một mô hình hình
học mà ở đó người ta dễ dàng kiểm tra được các tiên đề hình học bằng
trực giác. Thực vậy, bằng phương pháp tọa độ, ta có thể mô tả các vật
thể hình học thông qua hệ thống các số. Không gian Euclid sử dụng hệ
thống số thực, có thể coi là làm đầy của tập các số hữu tỷ Q với giá trị
10
11
tuyệt đối thông thường | · | trên Q, ở đó một giá trị tuỵêt đối là một hàm
| · | : Q → R thỏa mãn:
1. |x| ≥ 0, |x| = 0 khi và chỉ khi x = 0,
2. |xy| = |x| |y|,
3. |x + y| ≤ |x| + |y|.
Tuy nhiên, trên trường các số hữu tỷ Q ngoài giá trị tuyệt đối thông thường
còn có các giá trị tuyệt đối p−adic không tương đương với nó. Năm 1916,
nhà toán học Ostrowski chứng minh được rằng mọi giá trị tuyệt đối không
tầm thường trên trường các số hữu tỷ Q đều tương đương với giá trị tuyệt
đối thực thông thường, hoặc giá trị tuyệt đối p−adic | · |
p
, với p là một số
nguyên tố. Ở đây, giá trị tuyệt đối | · |
p
thỏa mãn các điều kiện 1., 2., và

p
,
hoặc là một mở rộng hữu hạn của Q
p
, hoặc là trường các chuỗi số Laurent
trên một trường hữu hạn.
12
Như đã nói ở trên, nhiều lý thuyết toán học đã sớm được chuyển sang
và xây dựng trên Q
p
, và tổng quát hơn trên các trường địa phương. Từ
đây, các không gian hàm quan trọng trong lý thuyết phương trình đạo
hàm riêng như không gian các hàm trơn vô cùng, không gian các hàm thử,
không gian các phân bố được thiết lập trên các trường địa phương tương
ứng là không gian E các hàm hằng địa phương, D không gian các hàm hằng
địa phương với giá compact, D

không gian các phân bố, Bên cạnh đó,
rất nhiều vấn đề cơ bản của giải tích điều hoà trên trường địa phương đã
bắt đầu được nghiên cứu từ những năm 1934 và phát triển mạnh mẽ trong
giai đoạn 1970-1980 bởi các công trình của M. Taibleson, Keith Phillips,
J. A. Chao, James Daly, Charles Downey trong đó các nghiên cứu chủ
yếu tập trung vào các toán tử cực đại, các toán tử tích phân kì dị, chuỗi
Fourier (xem [47]). Vì những ứng dụng quan trọng trong khoa học công
nghệ, trong y học mà những năm gần đây, các lý thuyết phương trình đạo
hàm riêng p−adic, giải tích sóng nhỏ p−adic, giải tích điều hòa trên các
trường trường địa phương đã thu hút được sự quan tâm nghiên cứu của
rất nhiều nhà toán học như V.S. Vladimirov, I.V. Volovich, A. Kochubei,
Keith Rogers, A. Yu. Khrennikov, S.V. Kozyrev, Nguyen Minh Chuong,
. Trong đó có nhiều công trình tập trung nghiên cứu về lý thuyết hàm

Trên các trường p−adic và rộng hơn trên các trường địa phương, giải
tích điều hòa được các nhà toán học quan tâm và nghiên cứu từ rất sớm,
mà đặc biệt trong đó là lý thuyết về các toán tử tích phân kì dị, các toán tử
tích phân cực đại. Rất nhiều kết quả cơ bản đã được chứng minh từ những
năm 70 của thế kỷ trước. Trong thời gian gần đây, nhiều kết quả mới về
lĩnh vực này cũng được công bố trong đó có những kết quả mang tính mở
đường. Chẳng hạn, năm 2004, Keith Rogers [42] đã giải quyết được bài
toán trung bình cực đại dọc theo một cung p−adic như sau: nếu kí hiệu
14
M
γ
f(x) = sup
k∈Z
1
p
k

|t|≤p
k
|f (x − γ(t))| dt, trong đó γ(t) = (t, t
2
, . . . , t
d
) thì
M
γ
là bị chặn trong L
q
(Q
d

từ L

(u) vào L

(v), bài toán hai trọng.
Vì những nguyên nhân nói trên Giáo sư Nguyễn Minh Chương đã gợi ý
cho tôi nghiên cứu các vấn đề đã nêu với đề tài Toán tử tích phân cực
đại trên trường địa phương.
15
II. Đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu
Rất nhiều các kết quả nghiên cứu của giải tích điều hòa trên trường số
p−adic vẫn đúng cho các trường địa phương (ở đó trường địa phương bao
gồm trường các số p−adic Q
p
, mở rộng hữu hạn của Q
p
và trường các
chuỗi Laurent trên một trường hữu hạn). Do đó luận án này đề cập đến
một số kết quả của giải tích điều hòa, phương trình đạo hàm riêng không
chỉ trên trường các số p−adic mà trên cả các trường địa phương. Chúng tôi
nghiên cứu một số bài toán đặc trưng hàm trọng trên trường địa phương
để có được các bất đẳng thức trọng chuẩn loại yếu và mạnh cho toán tử
cực đại Hardy-Littlewood M, cho dạng véctơ của toán tử M. Cũng trong
luận án này, chúng tôi đưa ra và nghiên cứu một lớp toán tử tích phân
cực đại mới. Cụ thể, trong luận án này chúng tôi nghiên cứu các bài toán
sau đây:
(a) Bài toán một trọng: với điều kiện nào của trọng u thì toán tử M là bị
chặn từ L

(u) vào L

nằm ở sự khác biệt về cấu trúc số học và hình học giữa hai trường số thực
và trường số p−adic. Điều này dẫn tới phải thay đổi nhiều kết quả tương
ứng, phải đưa ra chứng minh hoàn toàn khác với các kết quả tương ứng
giữa hai trường. Một số kết quả kĩ thuật sẵn có trong trường hợp Euclid
gặp khó khăn trong việc chuyển sang trường địa phương nằm ở sự khác
nhau về số học giữa hai trường: chẳng hạn trên R có thể sắp thứ tự toàn
phần còn trên K thì không, hoặc những chuỗi số dạng 1 +
1
q
+
1
q
2
+ · · · với
q > 1 là hội tụ trong R nhưng không hội tụ trong trường địa phương và
ngược lại có những chuỗi số hội tụ trong trường địa phương nhưng không
hội tụ trong R. Một điều có thể nhận ra, chính vì các chuẩn phi Archimede
17
thỏa mãn bất đẳng thức mạnh hơn bất đẳng thức tam giác, nên nhiều kết
quả nhận được trong trường địa phương sẽ đẹp hơn và ở dạng mạnh hơn
với các kết quả tương ứng trên trường thực.
Để nghiên cứu các bài toán ở trên, chúng tôi dựa trên các lược đồ nghiên
cứu đã có sẵn trong giải tích điều hòa thực. Đầu tiên, một trong những
phương pháp nghiên cứu toán tử M đó là phải có những kết quả sâu sắc
về cấu trúc hình học của không gian nền mà đặc biệt là các kết quả về phủ
hình học. Do đó chúng tôi đi thiết lập lại các bổ đề phủ Wienner, phân
tích Calderón-Zygmund trên trường địa phương. Các tính chất đặc trưng
của trường địa phương được vận dụng vào trong các chứng minh của các
bổ đề này. Điểm khác biệt rõ nhất của các bổ đề này giữa hai trường thực
và trường địa phương đó là: trong trường địa phương, tập mức của toán tử

Bài toán hai trọng (c) là một bài toán rất khó trong cả giải tích điều
hòa thực và giải tích điều hòa trên trường địa phương. Ở đây, chúng tôi
đi tìm các điều kiện cho cặp hàm trọng (u, v) để toán tử M thỏa mãn bất
đẳng thức trọng loại yếu ngược (1, 1) trên hình cầu và toàn không gian.
Theo hướng nghiên cứu này, trong trường hợp thực đã có các kết quả của
K. F. Andersen và Wo-Sang Young [8]. Điều thú vị là điều kiện cần và điều
kiện đủ cho cặp hàm trọng (u, v) mà chúng tôi thu được là gần "tương
tự nhau" (thực chất các điều kiện này tương đương sai khác một hằng số
nhân). Kết quả tương ứng trong trường hợp Euclid, để có được sự tương
đương giữa hai điều kiện cần và đủ thì các hàm trọng phải thỏa mãn thêm
điều kiện kép.
Trong khi nghiên cứu bài toán (d), chúng tôi đưa ra được một lớp toán
tử tích phân cực đại mới. Với giả thiết toán tử đó đã xác định trên L

với
1 <  < ∞, chúng tôi đi nghiên cứu tính bị chặn yếu loại (1, 1) của nó.
Dù phương pháp chứng minh mà chúng tôi đưa ra là dựa theo lược đồ của
Calderón-Zugmund, nhưng theo chúng tôi được biết, thì kết quả này chưa
19
có một dạng tương tự nào trước đó trong trường hợp Euclid.
III. Những đóng góp mới của Luận án
Những đóng góp chính của Luận án, về mặt kết quả là:
1. Thiết lập được lý thuyết về các hàm trọng Muckenhoupt trên trường
địa phương. Qua đó giải quyết được bài toán về tìm điều kiện cần và
đủ của hàm trọng để toán tử Hardy-Littlewood M và dạng véctơ của
nó là loại yếu và mạnh (, ) với 1 ≤  < ∞.
2. Đưa ra một điều kiện cần và một điều kiện đủ cho một cặp hàm
trọng (u, v) để toán tử cực đại Hardy-Littlewood M thỏa mãn bất
đẳng thức loại yếu ngược trên hình cầu. Trên toàn không gian, chúng
tôi nhận được điều kiện cần và đủ cho cặp hàm trọng (u, v) để toán

tôi trình bày trên các trường địa phương.
Luận án gồm 3 chương:
Chương 1 trình bày một số khái niệm và kiến thức về các trường địa
phương, lý thuyết tích phân, biến đổi Fourier, tích chập trên các trường địa
phương. Đây là những khái niệm cần thiết cho việc trình bày các chương
sau.
Chương 2 dành cho việc nghiên cứu các bổ đề phủ cần thiết, xây dựng
lớp hàm trọng Muckenhoupt và giải quyết bài toán đặc trưng hàm trọng
u để toán tử M bị chặn từ L

(u) vào L

(u). Các kết quả này được mở
rộng cho toán tử cực đại Hardy-Littlewood với giá trị véctơ. Cũng trong
chương này, chúng tôi đưa ra một điều kiện cần và một điều kiện đủ cho
cặp hàm trọng (u, v) để toán tử M thỏa mãn bất đẳng thức trọng loại yếu
21
ngược trên hình cầu. Chúng tôi áp dụng kết quả đạt được vào lớp hàm
L log
+
L để nhận được một điều kiện cần đảm bảo tính khả tích của hàm
cực đại Hardy-Littlewood Mf. Phần cuối chương, chúng tôi đưa ra một
lớp toán tử tích phân cực đại mới trên trường địa phương và nghiên cứu
tính bị chặn yếu (1, 1) của nó.
Chương 3 dành cho việc nghiên cứu bài toán trọng Muckenhoupt: Với
điều kiện nào của v để tồn tại hàm trọng u sao cho toán tử M là bị chặn
từ L

(u) vào L


0
thì K/K
0
và K
0
/k là các mở rộng hữu hạn.
Hơn thế ta có (K : k) = (K : K
0
) (K
0
: k).
Định nghĩa 1.1.2. Cho k là một trường con của trường K, và θ là một
phần tử trong K. Nếu tồn tại một đa thức f(x) với hệ số trong k nhận θ
là một nghiệm, thì phần tử θ được gọi là đại số trên k. Một mở rộng K/k
được gọi là đại số nếu mọi phần tử của K đều là đại số trên k.
Mệnh đề 1.1.3. (a) Mọi mở rộng hữu hạn K/k đều là đại số.
(b) Với mọi đa thức f ∈ k[x], deg f = n ≥ 1, tồn tại một mở rộng hữu
hạn K/k sao cho f có thể biểu diễn được dưới dạng
f(x) = a(x − α
1
) · · · (x − α
n
), a ∈ k, α
1
, . . . , α
n
∈ K.
Định nghĩa 1.1.4. Cho f là một đa thức với các hệ số trong k. Một
trường K được gọi là trường phân rã của đa thức f nếu nó là một mở rộng
của k và thỏa mãn đồng thời hai điều kiện sau đây: